EA031827B1 - Multi sensor gas analytical chip based on potassium titanate and method of its manufacture - Google Patents

Abstract

The invention relates to the field of gas analysis, particularly to devices for identifying multicomponent gas mixture formulations and methods of manufacture thereof. A multi sensor gas analytical chip (MGC) includes a dielectric substrate with a formed set of coplanar strip electrodes, on top of which a matrix layer of potassium titanate whiskers of the general chemical formula KHTiO, where x=0-2, n=4-8, is applied. Each pair of electrodes forms a sensor segment of the matrix layer of potassium titanate whiskers, the density of which is variable for different segments and which resistance varies under the influence of combustible gases at room temperature. According to the method of manufacturing a multi sensor gas analytical chip based on potassium titanate whiskers, the dielectric substrate is washed in an organic solvent and distilled water, dried under vacuum at a temperature of 60-100°C, a set of coplanar strip electrodes of noble metal 0.1-1 μm in thickness and 50-200 μm in width with a gap between the electrodes of 10-100 μm is applied to the substrate surface by cathode and/or magnetron sputtering, a suspension of a potassium titanate whisker powder dispersed in distilled water with a concentration of 0.01-5 wt.% is applied on top of the electrodes and the resulting structure is dried at room temperature for 24 hours. The technical result of the claimed invention consists in creation of a MGC based on the layer of potassium titanate whiskers (PTW), which makes it possible to analyze the form of the gas medium at room temperature, which leads to a significant reduction in the energy consumption of this type of devices and the expansion of its technical application.

Description

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к устройствам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей и способам изготовления мультисенсорного газоаналитического чипа (МГЧ). Мультисенсорный газоаналитический чип включает в себя диэлектрическую подложку со сформированным набором компланарных полосковых электродов, поверх которых нанесен матричный слой из вискеров титаната калия общей химической формулы K_xH₂._xTi_nO_2n+b где х=0-2, и=4-8. При этом каждая пара электродов образует сенсорный сегмент матричного слоя вискеров титаната калия, плотность которого различна для разных сегментов и сопротивление которого изменяется под воздействием горючих газов при комнатной температуре. Согласно способу изготовления мультисенсорного газоаналитического чипа на основе вискеров титаната калия диэлектрическую подложку промывают в органическом растворителе и дистиллированной воде, сушат под вакуумом при температуре 60-100°С, наносят на поверхность подложки набор компланарных полосковых электродов из благородного металла толщиной 0,1-1 мкм и шириной 50-200 мкм с зазором между электродами 10-100 мкм методом катодного и/или магнетронного напыления, поверх электродов наносят суспензию из диспергированного в дистиллированной воде порошка вискеров титаната калия концентрацией 0,01-5 мас.% и сушат полученную структуру при комнатной температуре в течение 24 ч. Технический результат изобретения заключается в создании МГЧ на основе слоя вискеров титаната калия, позволяющего проводить анализ вида газовой среды при комнатной температуре, что ведет к существенному снижению энергопотребления такого вида устройств и расширению области его технического применения.

Изобретение относится к области газового анализа, а именно к устройствам распознавания состава многокомпонентных газовых смесей и способам его изготовления.

Известен мультисенсорный чип для различения кислородсодержащих газов (патент US на изобретение № 5783154), включающий набор сенсорных сегментов из полупроводникового металлооксидного слоя, нанесенного на подложку и сегментированного компланарными электродами. Этот чип является чувствительным элементом хеморезистивного типа, конструкция которого пригодна для массового производства в рамках микроэлектронных технологий, и используется в устройствах вида электронный нос (Gardner J.W., Bartlett P.N. A brief history of electronic noses // Sensors & Actuators B. - 1994. - V. 18. No. 1-3. - P. 211-221). Принцип работы оксидных хеморезистивных сегментов заключается в изменении их электрического сопротивления под влиянием адсорбции газов при повышенных температурах. Однако отдельные сегменты не имеют избирательности (селективности) к виду тестового газа. Тем не менее, набор таких хеморезистивных элементов, имеющих внутренние или внешне индуцированные различия физико-химических свойств, который объединен в линейку мультисенсорного чипа, генерирует совокупный сигнал, который оказывается специфическим для каждого отдельного вида тестовой газовой смеси. Анализ этого многомерного сигнала с помощью технологий распознавания образов позволяет проводить идентификацию и анализ вида газа или газовой смеси. При этом, чем больше различия свойств отдельных сенсорных сегментов в линейке, тем селективнее отклик прибора к газовым смесям. Поэтому для вариации свойств сенсорных сегментов может применяться неоднородный нагрев или нанесение газофильтрующей мембраны с неравномерной толщиной поверх газочувствительного металлооксидного слоя (Goschnick J., Microelectronic Engineering, Vol. 57-58, p. 693-703, 2001).

Известен также способ регистрации газа путем измерения распределения электрического потенциала вдоль оксидного хеморезистора (патент RU на изобретение № 2392614) и мультисенсорный чип для его осуществления. Чип может быть использован для определения различных типов газов и их количественного содержания в воздухе. В отличие от конструкции чипа, описанного в патенте US №5783154, в которой измеряется сопротивление металлооксидного слоя, в данном чипе измеряется распределение электрического потенциала, приложенного к металлооксидному слою для дифференциации газочувствительности его сегментов, полученных разделением слоя металлическими электродами. Искажения распределения электрического потенциала вдоль поверхности газочувствительного металлооксидного слоя используются в качестве многомерного образа, характеризующего вид и концентрацию газовых примесей к воздуху. Данные измерения и их результаты могут использоваться самостоятельно и совместно с применением других дифференцирующих факторов, одним из которых может быть рабочая температура, величина которой изменяется вдоль поверхности мультиэлектродного металлооксидного газового сенсора.

Наиболее близким к заявляемому изобретению является мультисенсорный чип для определения и идентификации газов (патент US на изобретение № 8443647), который включает в себя подложку из SiO₂/Si, Al₂O₃, Si₃N₂, полимера, стекла, сапфира, кварца и их комбинаций и по крайней мере три расположенных на ней чувствительных элемента. Каждый чувствительный элемент состоит из двух электродов, между которыми расположен нановолоконный матричный слой, состоящий из нановолокон диаметром 20-500 нм и длиной 1-1000 мкм из SnO₂, WO₃, In₂O₃, TiO₂, ZnO, NiO, CuO, V₂O₅, Ga₂O₃ и их комбинаций, контактирующий с электродами. Плотность матричного слоя нановолокон одного чувствительного элемента отличается от плотности матричного слоя нановолокон в другом чувствительном элементе.

Основным недостатком перечисленных конструкций мультисенсорных чипов является применение оксидного газочувствительного материала, требующего разогрева до рабочих температур около 300°C. Это существенно ограничивает применение таких устройств для контроля атмосфер, где нагрев нежелателен, а также ведет к повышенному энергопотреблению.

Задачей заявляемой группы изобретений является создание мультисенсорного газочувствительного газоаналитического чипа (МГЧ), работающего при комнатной температуре без дополнительного нагрева и имеющего газочувствительность, позволяющую селективно определять газы, и способ его изготовления.

Поставленная задача решается тем, что мультисенсорный газоаналитический чип включает диэлектрическую подложку со сформированным набором компланарных полосковых электродов, поверх которых нанесен матричный слой из вискеров титаната калия общей химической формулы K_xH₂._xTi_nO_2n+1, где x=0-2, n=4-8; при этом каждая пара электродов образует сенсорный сегмент матричного слоя вискеров титаната калия, плотность которого различна для разных сегментов и сопротивление которого изменяется под воздействием паров и газов, адсорбируемых из воздуха при комнатной температуре.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления мультисенсорного газоаналитического чипа на основе вискеров титаната калия диэлектрическую подложку промывают в органическом растворителе и дистиллированной воде, сушат под вакуумом при температуре 60-100°C, наносят на поверхность подложки набор компланарных полосковых электродов из благородного металла, толщиной 0,1-1 мкм и шириной 50-200 мкм с зазором между электродами 10-100 мкм методом катодного и/или магнетронного напыления, поверх электродов наносят суспензию из диспергированного в дистиллированной воде порошка вискеров титаната калия концентрацией 0,01-5 мас.% и сушат полученную струк

- 1 031827 туру при комнатной температуре в течение 24 ч.

Кроме того, заявляется способ, в котором наряду с вышеописанными признаками в качестве диэлектрической подложки используют керамику, стекло, сапфир, кварц, Si₃N₂, полимер. Заявляется также способ, в котором наряду с вышезаявленным в качестве органического растворителя используют низкомолекулярные спирты, кетоны, альдегиды, эфиры и/или их смеси. Кроме того заявляется способ, в котором наряду с вышеописанными признаками количество компланарных полосковых электродов благородного металла составляет не менее четырех.

Технический результат заявляемой группы изобретений заключается в создании МГЧ на основе слоя вискеров титаната калия (ВТК), позволяющего проводить анализ вида газовой среды при комнатной температуре, что ведет к существенному снижению энергопотребления такого вида устройств и расширению области его технического применения.

Заявленный результат достигается благодаря созданию не менее четырех индивидуальных сенсорных элементов, представляющих собой пару электродов на диэлектрической подложке, между которыми случайным образом размещены ВТК. Слой ВТК при этом должен обеспечивать такое количество точек перколяций между отдельными волокнами и волокнами и электродами, при котором суммарное сопротивление между электродами находилось в диапазоне: 10³-10⁹ Ом, что достигается при нанесении его через водную суспензию с концентрацией ВТК 0,01-5 мас.% при следующих параметрах электродов: материал электрода - благородный металл (золото, платина и др.); толщина 0,1-1 мкм; ширина 50-200 мкм; зазор между полосковыми электродами составляет 10-100 мкм; длина электрода - 1-10 мм. При концентрации ВТК в водной суспензии, выходящей за пределы указанного диапазона, сопротивление газочувствительного слоя при одностадийном экспонировании ВТК выходит за пределы измерения используемых стандартных электронных аналитических схем. Использование неблагородных металлов при изготовлении электродов не обеспечивает высокой стабильности работы устройства вследствие их деградации и взаимодействия с некоторыми агрессивными аналитическими средами. Использование электродов с геометрическими размерами, выходящими за указанные диапазоны значений, потребует разработки новых аналитических схем или корректировки способа нанесения газочувствительного слоя.

Предлагаемое изобретение поясняется с помощью фиг. 1-9, на которых показано:

на фиг. 1 - схема кристаллической структуры ВТК;

на фиг. 2 - схема изготовления МГЧ на основе матричного слоя ВТК;

на фиг. 3 - изображение поверхности одного из сенсорных сегментов матричного слоя ВТК в сканирующем электронном микроскопе; вставка - изображение одного из вискерных кристаллов в просвечивающем электронном микроскопе;

на фиг. 4 -структурная схема МГЧ на основе матричного слоя ВТК и фотография действующего образца МГЧ;

на фиг. 5 - схема электрических измерений хеморезистивного отклика сенсорных сегментов МГЧ; (а) - блок-схема, (б) - принципиальная электрическая схема подключения сенсорного сегмента к измерительным приборам;

на фиг. 6 - схема газосмесительного блока для генерации и доставки тестового газа к МГЧ;

на фиг. 7 - изменение сопротивления сенсорных сегментов матричного слоя ВТК в МГЧ при воздействии паров этанола, различной концентрации, в смеси с воздухом при комнатной температуре;

на фиг. 8 - вольтамперная характеристика контакта сенсорного сегмента слоя ВТК с электродом в МГЧ, измеренная при воздействии воздуха и смеси этанола, концентрацией около 60 kppm, с воздухом (см. фиг. 8);

на фиг. 9 - иллюстрация результата обработки методом линейно-дискриминантного анализа векторного сигнала набора сенсорных сегментов матричного слоя ВТК в МГЧ к воздействию паров этанола и ацетона, концентрацией 35 kppm в смеси с воздухом, при комнатной температуре.

Заявляемый МГЧ изготавливают следующим образом.

Изготавливают ВТК на основе способа, изложенного в патенте РФ № 2366609, путем приготовления смеси порошка диоксида титана (1 вес.ч.) гидроксида калия (2,5 вес.ч.) с дистиллированной водой (3,5 вес.ч.), которую помещают в реактор из нержавеющей стали. В реакторе происходит термическая обработка смеси при температуре 110°C, а затем 150°C в течение 24 ч с последующим выпариванием воды. В процессе синтеза образуется промежуточный продукт (полититанат калия сложного состава), который далее промывают водой до достижения состава, соответствующего тетратитанату калия (K₂Ti₄O₉). Полученную после синтеза суспензию фильтруют, просушивают и подвергают термической обработке в муфельной печи при температуре 1050±20°C. В процессе прокаливания образуется спек вискеров гексатитаната калия (K₂Ti₆Oi₃) и водорастворимой стеклофазы, который подвергают грубому помолу и промывают последовательно водой, а затем - водным раствором серной кислоты при рН 5,6, после чего - фильтруют и просушивают. Полученный фильтрат представляет собой вискеры кристаллического частично протонированного гексатитаната калия (ВТК) состава K_xH_2-xTi_nO_2n+₁, где х=0-2, n=4-8.

Диэлектрическую подложку, на которой формируют МГЧ, промывают сначала в органическом растворителе, а затем в дистиллированной воде. После этого ее сушат под вакуумом при температуре 60100°C. Затем на поверхность диэлектрической подложки наносят набор компланарных полосковых элек- 2 031827 тродов толщиной 0,1-1 мкм и шириной 50-200 мкм. При этом зазор между полосковыми электродами составляет 10-100 мкм. В качестве материала для изготовления полосковых электродов используют благородные металлы, а в качестве метода нанесения - катодное и/или магнетронное напыление. Количество компланарных полосковых электродов составляет не менее четырех. Затем поверх электродов наносят, например, с помощью мерной пипетки, суспензию из диспергированного в дистиллированной воде порошка ВТК концентрацией 0,01-5 мас.%. После этого получившуюся структуру сушат при комнатной температуре в течение 24 ч.

В качестве диэлектрической подложки используют керамику, стекло, сапфир, кварц, Si₃N₂, полимер. В качестве органического растворителя используют низкомолекулярные спирты, кетоны, альдегиды, эфиры и/или их смеси.

Результатом осуществления способа является МГЧ, состоящий из диэлектрической подложки со сформированным набором компланарных полосковых электродов, поверх которых нанесен матричный слой из вискеров титаната калия общей химической формулы K_xH_2-xTi_nO_2n+1, где х=0-2, n=4-8. При этом каждая пара электродов образует сенсорный сегмент матричного слоя ВТК, плотность которого различна для разных сегментов и сопротивление которого изменяется под воздействием горючих газов при комнатной температуре.

Пример осуществления. В соответствии с заявляемым способом суспензию диспергированного в дистиллированной воде порошка ВТК с концентрацией 0,1 мас.% наносили с помощью мерной пипетки на поверхность подложки из окисленного кремния размером 10x10 мм² с ранее нанесенным методом катодного распыления набором компланарных электродов из платины, толщиной 1 мкм и шириной 100 мкм с зазором между электродами 70-100 мкм (фиг. 2). Перед нанесением суспензии ВТК подложку промывали в изопропиловом спирте и дистиллированной воде и сушили под вакуумом в течение 1 ч при температуре 60±5°C. Изготовленный МГЧ сушили при комнатной температуре в течение 24 ч. При этом ВТК образовал матричный слой, покрывающий всю рабочую область МГЧ (поверхность, ограниченную набором компланарных электродов). На фиг. 3 показана фотография поверхности такого матричного слоя ВТК, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа. На вставке показано изображение поверхности с разрешением, близким к атомарному, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа.

Затем МГЧ разваривали в 50-штырьковый керамический корпус (Siegert, Германия) с помощью ультразвуковой сварки (установка West Bond 747677E, США) для его дальнейшего использования в составе газоаналитического устройства и/или испытательного стенда. Структура действующего образца МГЧ приведена в качестве иллюстрации на фиг. 4, где а) фронтальная сторона чипа; б) поперечное сечение чипа; в) тыльная сторона чипа; г) эквивалентная электрическая схема сенсорных сегментов; д) фотография чипа, разваренного в 50-штырьковый керамический корпус; обозначения: 1-39 номера электродов из Pt; TF1, TF2 - платиновые терморезисторы; Ш-Н4 платиновые нагреватели; R1-R38 эквивалентные хеморезисторы.

Для измерения электрических и газочувствительных характеристик МГЧ использовали испытательный стенд, показанный на фиг. 5, 6. Стенд состоит из двух блоков: 1) электроизмерительный комплекс (фиг. 5); 2) газосмесительная установка (фиг. 6). Электроизмерительный комплекс позволяет производить измерения вольт-амперных характеристик сенсорных сегментов МГЧ, имеющих сопротивление до 1 ТОм, в диапазоне напряжений -10^10 В. Для этого измеряемый МГЧ закрепляли в герметичной камере (поз. 1, фиг. 5), имеющей патрубки для ввода и вывода тестового газа. Для уменьшения электрических помех герметичную камеру с МГЧ помещали в заземленный экранированный корпус (поз. 2, фиг. 5), содержащий встроенный мультиплексор на основе электромеханических реле SRD-05VDC-SL-C (поз. 3, фиг. 5), служащий для опроса сенсорных сегментов МГЧ. Измерительные линии к корпусу подводили экранированными коаксиальными кабелями через BNC-разъёмы. Электроизмерительный комплекс включал (фиг. 5): 1) управляемый персональным компьютером модуль ввода/вывода NI-DAQ USB-6259 (National Instruments, США) (поз. 4, фиг. 5), который обеспечивал аналоговый вывод напряжения в диапазоне от -10 до +10 В (с точностью до 0,001 В) в режиме постоянного тока и аналоговый ввод для измерения напряжения на входе (в диапазоне и с точностью как у вывода). Также данный модуль посредством цифрового (TTL) выхода формировал управляющие сигналы для мультиплексора (поз. 3, фиг. 5); 2) предусилитель тока SRS570 (Stanford Research System, США) (поз. 7, фиг. 5), преобразующий силу тока в цепи в выходное напряжение в соответствии с заданным коэффициентом усиления от 1 мА/В до 1 пА/В. Считывание и обработка измеряемых данных осуществляли персональным компьютером (поз. PC, фиг. 5) под управлением программного обеспечения, разработанного в среде LabView. Все измерительные приборы подключали к персональному компьютеру посредством USB и RS232 портов. Опрос сенсорных сегментов осуществляли с помощью мультиплексора (поз. 3, фиг. 5), развитого на основе трех модулей, содержащих каждый по 8 электромеханических реле. Управление мультиплексором осуществляли с помощью цифровой шины модуля NI-6259 (поз. 5, фиг. 5). Мультиплексор согласно управляющей программе поочерёдно подключал к коаксиальным выводам S1 и S2 каждую пару электродов МГЧ. Подключение электродов МГЧ к выходам S1, S2 происходило в следующем порядке: 1-2, 3-2, 3-4, ..., 23-24,

- 3 031827 причём к выводу S1 подключаются нечётные электроды МГЧ, а к S2 - чётные. На фиг. 56 показана эквивалентная схема измерительной цепи.

Порядок электрических измерений МГЧ с помощью данного стенда заключается в следующем: 1) пользователь конфигурирует параметры измерений (количество измеряемых сенсорных сегментов МГЧ и их тип) и запускает управляющую программу; 2) мультиплексор подключает заданный сенсорный сегмент МГЧ к выходам S1-S2; 3) модуль ввода/вывода (поз. 4, фиг. 5) формирует измерительную разность потенциалов на аналоговом выводе (фиг. 5), в результате чего по цепи (фиг. 5) 6-S1 - сенсорный сегмент - S2-7 - земля вывода 6 протекает ток, который регистрируется предусилителем тока SRS570 (поз. 7, фиг. 5); 4) предусилитель тока SRS570 на выходе (поз. 8, фиг. 5) формирует напряжение, пропорциональное току в цепи, согласно заданному коэффициенту усиления; 5) сформированное предусилителем тока напряжение поступает на аналоговый вход модуля ввода/вывода (поз. 8, фиг. 5), где оцифровывается и передаётся в персональный компьютер; 6) управляющая программа выводит сопротивление как функцию от времени R(t) или показывает вольтамперную характеристику в зависимости от типа измерений.

Для измерения хеморезистивного отклика сенсорных сегментов МГЧ к входному патрубку измерительной камеры (поз. 1, фиг. 5) подключали газосмесительный блок (фиг. 6). Газосмесительный блок включал барботер с тестовой жидкостью, эмитирующий пары соответствующего тестового газа (например, спирты) различной концентрации в смеси с базовым воздухом (синтетический воздух из баллона или лабораторный воздух). Расчёт концентрации молекул газа в выходной смеси производили по формуле

где P_gas - давление насыщенных паров барботируемой жидкости, мм. рт.ст.;

P_atm - атмосферное давление;

F_gas - скорость потока воздуха через барботер, см³/мин;

F_air - скорость потока воздуха разбавителя, см³/мин.

Давление насыщенных паров рассчитывается по формуле (http://ddbonline.ddbst.de/AntoineCalculation/ AntoineCalculationCGI. exe)

где А, В, С - табличные параметры аппроксимации; Т - температура раствора.

Изобретение подтверждено изготовленным действующим образцом МГЧ. В качестве примера иллюстрации работы МГЧ для цели описания данного изобретения в качестве барботируемого раствора использовался ацетон (ЧДА, ГОСТ 2603-79), этанол (ОСЧ) и дистиллированная вода. Для контроля содержания влажности в тестовой газовой смеси использовался гигрометр ADA ZHT 60.

На фиг. 7 показано изменение сопротивления сенсорных сегментов МГЧ при воздействии паров этанола, измеренное при комнатной температуре. Разность потенциалов, приложенная к сенсорным сегментам МГЧ для измерения сопротивления, составляла 1 В. Как видно из графика, сопротивление сенсорных сегментов обратимо и воспроизводимо изменяется при воздействии органических паров до двух порядков величины. При этом вольт-амперные характеристики сенсорных сегментов остаются линейными (фиг. 8).

Этот хеморезистивный эффект может быть связан с тем, что ВТК обладают сравнительно высокой удельной поверхностью, порядка 20 м²/г, что позволяет им эффективно сорбировать органические молекулы (R = CH₃-CO-CH₃, (СН₃)₂СН₂ОН и др.)

BTK + R-+BTK--R (3)

На воздухе ВТК согласно данным, представленным в работе (Gorokhovsky AV. Effect of chemical composition on the photocatalytic activity of potassium polytitanates intercalated with nickel ions / A.V.Gorokhovsky E.V.Tret'yachenko, M.A.Vikulova, D.S.Kovaleva, G.Yu. Yurkov // Russian Journal of Applied Chemistry. - 2013. - Volume 86, Issue 3. - P. 343-350), может обратимо взаимодействовать с кислородом воздуха и гидроксильными группами с образованием супероксида и гидроксид радикалов, обеспечивающих окисление сорбированных органических молекул

BTK(e )--R+o₂ ->btk(o;}--r⁺, btk(o;)---r⁺ +h2o^> btk(oh)---r⁺ +btk~o2h, btk{oh~\--r⁺ ВТК + продукты _окисления _R.> ВТК -O₂H + BTK - R -> ВТК(о~₂)+ продукты _ окисления _R

В результате кислород и гидроксильные группы локализуют электроны из зоны проводимости в приповерхностном слое. При окислении сорбированных органических молекул происходит возврат локализованных электронов обратно в зону проводимости, что ведет к уменьшению сопротивления ВТК и изменению потенциальных барьеров на границах агломератов и отдельных вискеров ВТК. При этом величина фактического сопротивления сенсорного сегмента матричного слоя ВТК в МГЧ определяется как

- 4 031827 объемным сопротивлением ВТК, так и интерфейсом (границей) между отдельными ВТК и между ВТК и металлическим электродом. Вариация плотности матричного слоя ВТК ведет к изменению соотношения между контактными сопротивлениями и объемными сопротивлениями ВТК в сенсорном сегменте МГЧ, что предопределяет наличие соответствующих перколяционных цепочек (Sysoev V.V., Goschnick J., Schneider Т., Strelcov E., Kolmakov A. A gradient microarray electronic nose based on percolating SnO₂ nanowire sensing elements // Nano Letters. - 2007. - V. 7. - Iss. 10. - P. 3182-3188.) и вариацию сопротивлений сенсорных сегментов МГЧ.

Измеряя сопротивления всех сенсорных сегментов МГЧ в атмосфере различных газовых сред, получают векторные сигналы, которые являются индивидуальными и специфическими для каждой из газовых сред. Эти векторные сигналы обрабатываются методами распознавания образов (например, метод главных компонент и/или линейно-дискриминатный анализ и/или корреляционный анализ и/или искусственные нейронные сети) на предмет выявления фазовых характеристик (в каждом методе распознавания - собственные; например, в методе главных компонент - главные компоненты), соответствующих калибровочной газовой среде. На этапе калибровки мультисенсорного чипа к воздействию известных тестовых газовых сред полученные фазовые характеристики записываются в базу данных, сохраняемую в персональном компьютере или другом вычислительном комплексе. На этапе измерения неизвестной газовой среды с помощью МГЧ процедура получения векторного сигнала от сенсорных сегментов чипа проводится таким же образом, как и на этапе калибровки. При этом фазовые характеристики, полученные с помощью метода распознавания образов при воздействии неизвестной газовой среды, сравниваются с фазовыми характеристиками, имеющимися в базе данных по результатам калибровки, и принимается решение об отнесении неизвестной газовой среды к газу, на который проводилась калибровка, т.е. распознавание состава газовой среды.

На фиг. 9 показана иллюстрация применяемого подхода на примере применения линейнодискриминантного метода к обработке векторного сигнала действующего образца МГЧ на основе ВТК, полученного при воздействии смесей паров ацетона и этанола, концентрацией 35 kppm, с воздухом. Также на фиг. 9 приведены векторные сигналы МГЧ, измеренные на воздухе. Как видно из рисунка, векторные сигналы к отмеченным трем газовым смесям пространственно разделяются. Среднее расстояние между центрами кластеров составляет 12,9 ед. В результате сигнал МГЧ позволяет селективно определить вид тестового газового газа. Концентрация соответствующей измеряемой газовой компоненты может быть получена из калибровочной кривой зависимости сопротивления сенсорных сегментов МГЧ от концентрации, как и для обычного дискретного газового сенсора.

Таким образом, разработан МГЧ на основе ВТК, позволяющий генерировать векторный сигнал, селективный к виду тестового газа, при комнатной температуре и способ его изготовления. Данное устройство имеет пониженное энергопотребление и может функционировать в приложениях, где не требуется нагрев до высоких температур.

The invention relates to the field of gas analysis, in particular to devices for recognizing the composition of multicomponent gas mixtures and methods for manufacturing a multisensory gas-analytical chip (MHP). A multisensory gas analyzing chip includes a dielectric substrate with a formed set of coplanar strip electrodes, over which a matrix layer of potassium titanate whiskers is applied, of the general chemical formula K _x H ₂ . _x Ti _n O _{2n + b} where x = 0-2, and = 4-8. In addition, each pair of electrodes forms a sensory segment of the matrix layer of whiskers of potassium titanate, the density of which is different for different segments and whose resistance varies under the influence of combustible gases at room temperature. According to the method of manufacturing a multisensory gas analyzing chip based on whiskers of potassium titanate, the dielectric substrate is washed in an organic solvent and distilled water, dried under vacuum at a temperature of 60-100 ° C, a set of coplanar nozzle metal of 0.1-1 microns thick is applied to the surface of the substrate and a width of 50-200 microns with a gap between the electrodes of 10-100 microns by the method of cathode and / or magnetron sputtering, a suspension of dispersed in distilled water is applied over the electrodes Potash titanate whisker powder with a concentration of 0.01-5 wt.% and dried the resulting structure at room temperature for 24 hours. The technical result of the invention is to create an MFC based on a potassium titanate whisker layer, allowing analysis of the type of gas medium at room temperature, which leads to a significant reduction in energy consumption of this type of devices and expanding the scope of its technical application.

The invention relates to the field of gas analysis, in particular to devices for recognizing the composition of multicomponent gas mixtures and methods for its manufacture.

A multisensor chip for distinguishing oxygen-containing gases (US patent for invention No. 5783154) is known, including a set of sensor segments from a semiconductor metal oxide layer deposited on a substrate and segmented with coplanar electrodes. This chip is a sensitive element of chemoresistive type, the design of which is suitable for mass production in the framework of microelectronic technology, and is used in electronic nose devices (Gardner JW, Bartlett PN). Sensors & Actuators B. - 1994. - V 18. No. 1-3. - P. 211-221). The principle of operation of the chemoresistive oxide segments is to change their electrical resistance under the influence of gas adsorption at elevated temperatures. However, individual segments do not have selectivity (selectivity) to the type of test gas. However, a set of such chemoresistive elements that have internal or externally induced differences in physicochemical properties, which are combined into a multi-touch chip line, generate a cumulative signal that is specific to each individual type of test gas mixture. Analysis of this multidimensional signal using pattern recognition technology allows identification and analysis of the type of gas or gas mixture. Moreover, the greater the differences in the properties of individual sensor segments in the line, the more selective the response of the device to gas mixtures. Therefore, non-uniform heating or application of a gas filtering membrane with an uneven thickness over the gas-sensitive metal oxide layer (Goschnick J., Microelectronic Engineering, Vol. 57-58, p. 693-703, 2001) can be used to vary the properties of the sensory segments.

There is also known a method for registering gas by measuring the distribution of electric potential along an oxide chemoresistor (RU patent for invention No. 2392614) and a multisensor chip for its implementation. The chip can be used to determine the different types of gases and their quantitative content in the air. Unlike the chip design described in US Pat. No. 5,783,154, in which the resistance of the metal oxide layer is measured, this chip measures the distribution of the electric potential applied to the metal oxide layer to differentiate the gas sensitivity of its segments obtained by separating the layer with metal electrodes. The distortion of the distribution of the electric potential along the surface of the gas-sensitive metal oxide layer is used as a multidimensional image characterizing the type and concentration of gas impurities to the air. These measurements and their results can be used independently and in conjunction with the use of other differentiating factors, one of which may be an operating temperature, the value of which varies along the surface of a multielectrode metal oxide gas sensor.

Closest to the claimed invention is a multisensor chip for the identification and identification of gases (US patent for invention No. 8443647), which includes a substrate of SiO ₂ / Si, Al ₂ O ₃ Si ₃ N ₂ , polymer, glass, sapphire, quartz and their combinations and at least three sensitive elements located on it. Each sensitive element consists of two electrodes, between which there is a nanofibrous matrix layer consisting of nanofibers with a diameter of 20-500 nm and a length of 1-1000 microns from SnO ₂ WO ₃ In ₂ O ₃ , Tio ₂ , ZnO, NiO, CuO, V ₂ O _five Ga ₂ O ₃ and their combinations in contact with the electrodes. The density of the matrix layer of nanofibres of one sensitive element differs from the density of the matrix layer of nanofibers in another sensitive element.

The main disadvantage of these multi-sensor chip designs is the use of an oxide gas-sensitive material that requires heating to operating temperatures of about 300 ° C. This significantly limits the use of such devices to control atmospheres where heating is undesirable, and also leads to increased energy consumption.

The task of the claimed group of inventions is the creation of a multisensory gas-sensitive gas-analytical chip (MGP) operating at room temperature without additional heating and having gas sensitivity, which allows for the selective determination of gases, and the method of its manufacture.

The problem is solved in that the multi-sensor gas-analytical chip includes a dielectric substrate with a formed set of coplanar strip electrodes, on top of which a matrix layer of whiskers of potassium titanate is applied, of the general chemical formula K _x H ₂ . _x Ti _n O _{2n + 1} where x = 0-2, n = 4-8; each pair of electrodes forms a sensory segment of the matrix layer of whiskers of potassium titanate, the density of which is different for different segments and whose resistance varies under the influence of vapors and gases that are adsorbed from air at room temperature.

The task is solved by the fact that in the method of manufacturing a multisensory gas-analytical chip based on whiskers of potassium titanate, the dielectric substrate is washed in an organic solvent and distilled water, dried under vacuum at a temperature of 60-100 ° C, a set of noble metal coplanar strip electrodes is applied to the surface of the substrate, 0.1-1 micron thick and 50-200 micron wide with a gap between electrodes of 10-100 micron using the method of cathode and / or magnetron sputtering, a suspension of dispersed is applied over the electrodes th powder in distilled water, potassium titanate whiskers concentration of 0.01-5 wt.%, and the resultant structure was dried

- 1 031827 round at room temperature for 24 hours.

In addition, a method is claimed in which, along with the above described features, ceramics, glass, sapphire, quartz, Si are used as a dielectric substrate. ₃ N ₂ polymer A method is also claimed in which, along with the above, low molecular weight alcohols, ketones, aldehydes, esters and / or mixtures thereof are used as an organic solvent. In addition, a method is claimed in which, along with the above described features, the number of coplanar strip electrodes of the noble metal is at least four.

The technical result of the claimed group of inventions is to create an MUH based on a whisker layer of potassium titanate (VTK), which allows analyzing the type of gaseous medium at room temperature, which leads to a significant reduction in energy consumption of this type of device and expanding its technical application.

The claimed result is achieved due to the creation of at least four individual sensor elements, which are a pair of electrodes on a dielectric substrate, between which random control devices are randomly placed. At the same time, the WTC layer must provide such a number of percolation points between individual fibers and fibers and electrodes, at which the total resistance between the electrodes was in the range: 10 ³ -ten ⁹ Ohm, which is achieved by applying it through an aqueous suspension with a concentration of the BTC of 0.01-5 wt.% With the following parameters of the electrodes: the electrode material is a noble metal (gold, platinum, etc.); thickness 0.1-1 μm; width is 50-200 microns; the gap between the strip electrodes is 10-100 microns; electrode length - 1-10 mm. When the concentration of VTK in the aqueous suspension, beyond the specified range, the resistance of the gas sensitive layer with a single-stage exposure of the VTK goes beyond the limits of measurement used standard electronic analytical circuits. The use of base metals in the manufacture of electrodes does not provide a high stability of the device due to their degradation and interaction with some aggressive analytical environments. The use of electrodes with geometrical dimensions beyond the specified ranges of values will require the development of new analytical schemes or an adjustment of the method of applying a gas-sensitive layer.

The invention is illustrated using FIG. 1-9, which shows:

in fig. 1 is a diagram of the crystal structure of CTC;

in fig. 2 is a scheme for manufacturing MSP based on the matrix layer of the TSC;

in fig. 3 - image of the surface of one of the sensory segments of the matrix layer of the TTC in a scanning electron microscope; insert - the image of one of the whisker crystals in a transmission electron microscope;

in fig. 4 is a structural diagram of the MULL based on the matrix layer of the TSC and a photograph of the current sample of the MMP;

in fig. 5 is a diagram of the electrical measurements of the chemoresistive response of the MHP sensor segments; (a) is a block diagram, (b) is a circuit diagram of connecting the sensor segment to the measuring devices;

in fig. 6 is a diagram of a gas mixing unit for generating and delivering a test gas to an MMP;

in fig. 7 - change in the resistance of the sensory segments of the matrix layer of the VTK in the MHP when exposed to ethanol vapor, of varying concentration, mixed with air at room temperature;

in fig. 8 - volt-ampere characteristic of contact of the sensor segment of the VTK layer with the electrode in MGT, measured when exposed to air and an ethanol mixture, with a concentration of about 60 kppm, with air (see Fig. 8);

in fig. 9 is an illustration of the processing result of linear discriminant analysis of the vector signal of a set of sensor segments of the matrix layer of the TTC in MGP to the effect of ethanol and acetone vapors, with a concentration of 35 kppm mixed with air, at room temperature.

The inventive MSP is made as follows.

WTC is made on the basis of the method set forth in RF patent No. 2366609 by preparing a mixture of titanium dioxide powder (1 part by weight) potassium hydroxide (2.5 weight parts) with distilled water (3.5 weight parts), which is placed in a stainless steel reactor. In the reactor, the mixture is heat treated at 110 ° C and then 150 ° C for 24 hours, followed by evaporation of the water. In the synthesis process, an intermediate product (potassium polytitanate of complex composition) is formed, which is then washed with water until reaching a composition corresponding to potassium tetratitanate (K ₂ Ti _four O ₉ ). The suspension obtained after synthesis is filtered, dried and subjected to heat treatment in a muffle furnace at a temperature of 1050 ± 20 ° C. In the process of calcination, a spectrum of potassium hexatitanate whiskers is formed (K ₂ Ti ₆ Oi ₃ ) and water-soluble glass phase, which is subjected to coarse grinding and washed successively with water and then with an aqueous solution of sulfuric acid at pH 5.6, after which it is filtered and dried. The obtained filtrate is a whisker of crystalline partially protonated potassium hexatitanate (BK) of composition K _x H _2-x Ti _n O _2n + _one where x = 0-2, n = 4-8.

The dielectric substrate on which the MHP is formed is washed first in an organic solvent and then in distilled water. After that, it is dried under vacuum at a temperature of 60100 ° C. Then, a set of coplanar strip electrodes with a thickness of 0.1–1 µm and a width of 50–200 µm is applied to the surface of the dielectric substrate. In this case, the gap between the strip electrodes is 10-100 microns. Noble metals are used as material for the production of strip electrodes, and cathode and / or magnetron sputtering is used as a method of deposition. The number of coplanar strip electrodes is at least four. Then over the electrodes is applied, for example, using a dimensional pipette, a suspension of dispersed in dispersed water powder WTK concentration of 0.01-5 wt.%. After that, the resulting structure is dried at room temperature for 24 hours

Ceramic, glass, sapphire, quartz, Si are used as a dielectric substrate. ₃ N ₂ polymer Low molecular weight alcohols, ketones, aldehydes, ethers, and / or mixtures thereof are used as an organic solvent.

The result of the implementation of the method is an MFC, consisting of a dielectric substrate with a formed set of coplanar strip electrodes, on top of which is applied a matrix layer of whiskers of potassium titanate of the general chemical formula K _x H _2-x Ti _n O _{2n + 1} where x = 0-2, n = 4-8. At the same time, each pair of electrodes forms a sensory segment of the matrix layer of the VTK, the density of which is different for different segments and the resistance of which changes under the influence of combustible gases at room temperature.

An example implementation. In accordance with the claimed method, a suspension of dispersed in distilled water of a BTC powder with a concentration of 0.1 wt.% Was applied using a measuring pipette on the surface of an oxidized silicon substrate with a size of 10x10 mm ² with a set of coplanar platinum electrodes previously applied by the cathode sputtering method, 1 μm thick and 100 μm wide, with a gap between the electrodes of 70-100 μm (Fig. 2). Before applying the BTC suspension, the substrate was washed in isopropyl alcohol and distilled water and dried under vacuum for 1 h at a temperature of 60 ± 5 ° C. Manufactured MSG was dried at room temperature for 24 hours. At the same time, the VTK formed a matrix layer covering the entire working area of MSP (the surface bounded by a set of coplanar electrodes). FIG. Figure 3 shows a photograph of the surface of such a WTK matrix layer obtained using a scanning electron microscope. The inset shows an image of the surface with a resolution close to the atomic one, obtained with a transmission electron microscope.

Then MSP was boiled into a 50-pin ceramic body (Siegert, Germany) using ultrasonic welding (West Bond 747677E, USA) for further use as part of a gas analysis device and / or test bench. The structure of the operating MSD sample is given as an illustration in FIG. 4, where a) the front side of the chip; b) chip cross section; c) the back side of the chip; d) equivalent electrical circuit of the sensory segments; e) Photo of the chip boiled into a 50-pin ceramic case; notation: 1-39 numbers of Pt electrodes; TF1, TF2 - platinum thermistors; W-H4 platinum heaters; R1-R38 equivalent chemoresistors.

To measure the electrical and gas sensitive characteristics of the MUH, a test bench, shown in FIG. 5, 6. The stand consists of two blocks: 1) an electrical measuring complex (Fig. 5); 2) gas mixing plant (Fig. 6). The electrical measuring complex allows measurements of the current-voltage characteristics of the MHP sensor segments with resistance up to 1 TΩ, in the voltage range of -10 ^ 10 V. For this, the measured MUH was fixed in an airtight chamber (pos. 1, fig. 5) with nozzles for input and output test gas. To reduce electrical interference, a sealed chamber with MPG was placed in a grounded shielded enclosure (pos. 2, fig. 5) containing an embedded multiplexer based on SRD-05VDC-SL-C electromechanical relays (pos. 3, fig. 5), which serves for polling sensory segments of MUH. Measuring lines to the case were supplied with shielded coaxial cables via BNC connectors. Electrical complex included (Fig. 5): 1) NI-DAQ USB-6259 (National Instruments, USA) I / O module controlled by a personal computer (pos. 4, Fig. 5), which provided an analog voltage output in the range of -10 up to +10 V (with an accuracy of 0.001 V) in the DC mode and an analog input for measuring the input voltage (in the range and with accuracy as the output). Also, this module through the digital (TTL) output generated control signals for the multiplexer (pos. 3, fig. 5); 2) SRS570 current preamplifier (Stanford Research System, USA) (pos. 7, fig. 5), which converts the current in the circuit into an output voltage in accordance with a predetermined gain factor from 1 mA / V to 1 pA / V. Reading and processing of measured data was carried out by a personal computer (pos. PC, Fig. 5) under the control of software developed in the LabView environment. All measuring devices were connected to a personal computer via USB and RS232 ports. Interrogation of the sensory segments was performed using a multiplexer (pos. 3, fig. 5), developed on the basis of three modules, each containing 8 electromechanical relays. The multiplexer was controlled using the digital bus of the NI-6259 module (pos. 5, fig. 5). According to the control program, the multiplexer connected to the coaxial pins S1 and S2, each pair of MCB electrodes in turn. The connection of the MHP electrodes to the outputs S1, S2 took place in the following order: 1-2, 3-2, 3-4, ..., 23-24,

- 3 031827 and to the output S1 are connected the odd electrodes of the MGP, and to the S2 - even. FIG. 56 shows the equivalent circuit of the measuring circuit.

The order of electrical measurements of the MUCH with the help of this stand is as follows: 1) the user configures the measurement parameters (the number of the measured MHP sensor segments and their type) and starts the control program; 2) the multiplexer connects the specified MHP sensor segment to the S1-S2 outputs; 3) the input / output module (pos. 4, fig. 5) forms the measuring potential difference at the analog output (fig. 5), as a result of which 6-S1 - sensor segment - S2-7 - ground along the circuit (Fig. 5) pin 6, a current flows, which is detected by the current preamplifier SRS570 (pos. 7, fig. 5); 4) the current preamplifier SRS570 at the output (pos. 8, fig. 5) generates a voltage proportional to the current in the circuit, according to a given gain factor; 5) the voltage generated by the preamplifier is supplied to the analog input of the I / O module (pos. 8, fig. 5), where it is digitized and transmitted to a personal computer; 6) the control program displays the resistance as a function of time R (t) or shows the current-voltage characteristic depending on the type of measurement.

To measure the chemoresistive response of the MHP sensor segments, the gas mixing unit (Fig. 6) was connected to the inlet port of the measuring chamber (pos. 1, fig. 5). The gas mixing unit included a bubbler with a test liquid, emitting vapors of the corresponding test gas (for example, alcohols) of various concentrations mixed with base air (synthetic air from a cylinder or laboratory air). The calculation of the concentration of gas molecules in the output mixture was made according to the formula

where P _gas - saturated vapor pressure of the bubbled liquid, mm. Hg;

P _atm - Atmosphere pressure;

F _gas - air flow rate through the bubbler, cm ³ / min;

F _air - air flow rate of diluent, cm ³ / min

The vapor pressure is calculated using the formula (http://ddbonline.ddbst.de/AntoineCalculation/ AntoineCalculationCGI. Exe)

where A, B, C are tabular approximation parameters; T is the temperature of the solution.

The invention is confirmed manufactured by the current sample of MUCH. As an example of an illustration of the work of an MHP for the purpose of describing the present invention, acetone (PSA, GOST 2603-79), ethanol (OFS), and distilled water were used as the bubbling solution. To control the moisture content in the test gas mixture was used hygrometer ADA ZHT 60.

FIG. Figure 7 shows the change in resistance of the sensor segments of the MULL when exposed to ethanol vapor, measured at room temperature. The potential difference applied to the MHP sensor segments for measuring resistance was 1 V. As can be seen from the graph, the resistance of the sensor segments reversibly and reproducibly changes when exposed to organic vapors up to two orders of magnitude. At the same time, the current-voltage characteristics of the sensor segments remain linear (Fig. 8).

This chemoresistive effect may be due to the fact that CTCs have a relatively high specific surface area, of the order of 20 m. ² / g, which allows them to effectively sorb organic molecules (R = CH ₃ -CO-CH ₃ , (CH ₃ ) ₂ CH ₂ OH and others.)

BTK + R- + BTK - R (3)

On air VTK according to the data presented in the work (Gorokhovsky AV. Intercalated polyetanates intercalated with nickel ions) EVTret'yachenko, MAVikulova, DSKovaleva, G.Yu. Yurkov // Russian Journal of Applied Chemistry . - 2013. - Volume 86, Issue 3. - P. 343-350), can reversibly interact with atmospheric oxygen and hydroxyl groups with the formation of superoxide and hydroxide radicals, ensuring the oxidation of sorbed organic molecules

BTK (e) - R + o ₂ -> btk (o;} - r ⁺ , btk (o;) --- r ⁺ + h2o ^> btk (oh) --- r ⁺ + btk ~ o2h, btk {oh ~ \ - r ⁺ VTK + _ _ oxidation products.> VTK -O ₂ H + BTK - R -> VTK (oh ~ ₂ ) + _ oxidation products _R

As a result, oxygen and hydroxyl groups localize electrons from the conduction band in the surface layer. Oxidation of sorbed organic molecules results in the return of localized electrons back to the conduction band, which leads to a decrease in the resistance of the CTA and a change in the potential barriers at the boundaries of the agglomerates and individual whiskers of the CTA. The value of the actual resistance of the sensory segment of the matrix layer of the TTC in the MMP is

- 4 031827 volume resistance of the VTC, and the interface (boundary) between the individual VTC and between the VTC and the metal electrode. The variation in the density of the matrix layer of the VTK leads to a change in the ratio between the contact resistances and the volume resistances of the VTK in the MHP sensor segment, which predetermines the presence of the corresponding percolation chains (Sysoev VV, Goschnick J., Schneider T., Strelcov E., Kolmakov A. nose based on percolating SnO ₂ nanowire sensing elements // Nano Letters. - 2007. - V. 7. - Iss. 10. - P. 3182-3188.) And the variation of the resistances of the sensory segments of the MGS.

Measuring the resistances of all the sensory segments of the MULL in the atmosphere of various gas media, receive vector signals that are individual and specific for each of the gas media. These vector signals are processed by pattern recognition methods (for example, the principal component method and / or linear discriminative analysis and / or correlation analysis and / or artificial neural networks) to detect phase characteristics (for each recognition method, its own; for example, in the main component - the main components), the appropriate calibration gas environment. At the stage of calibration of a multisensor chip to the effects of known test gas media, the obtained phase characteristics are recorded in a database stored in a personal computer or other computer complex. At the stage of measuring an unknown gaseous medium with the help of MGC, the procedure for obtaining a vector signal from the sensor segments of the chip is carried out in the same way as at the calibration stage. In this case, the phase characteristics obtained using the pattern recognition method when exposed to an unknown gaseous medium are compared with the phase characteristics available in the database based on calibration results, and the decision is made to assign the unknown gaseous medium to the gas to which the calibration was performed recognition of the composition of the gas environment.

FIG. Figure 9 shows an illustration of the approach used by the example of applying a linear discriminant method to processing a vector signal of an active MHC-based MFC sample obtained when exposed to mixtures of acetone and ethanol vapors, with a concentration of 35 kppm, with air. Also in FIG. 9 shows the MHP vector signals measured in air. As can be seen from the figure, the vector signals to the marked three gas mixtures are spatially separated. The average distance between cluster centers is 12.9 units. As a result, the signal MUH allows you to selectively determine the type of test gas gas. The concentration of the corresponding measured gas component can be obtained from the calibration curve of the dependence of the resistance of the MHP sensor segments on the concentration, as well as for a conventional discrete gas sensor.

Thus, an MFC on the basis of VTK was developed, which allows generating a vector signal selective for the type of test gas at room temperature and a method for its manufacture. This device has reduced power consumption and can function in applications where heating to high temperatures is not required.

Claims (5)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Мультисенсорный газоаналитический чип, характеризующийся тем, что он включает диэлектрическую подложку со сформированным набором компланарных полосковых электродов, поверх которых нанесен матричный слой из вискеров титаната калия общей химической формулы K_xH_2-xTi_nO_2n+1, где х=0-2, n=4-8, сопротивление которого может изменяться под воздействием горючих газов при комнатной температуре; при этом каждая пара электродов образует сенсорный сегмент матричного слоя вискеров титаната калия, плотность которого различна для разных сегментов.1. A multi-touch gas analysis chip, characterized in that it includes a dielectric substrate with a formed set of coplanar strip electrodes, over which a matrix layer of whiskers of potassium titanate is applied, of the general chemical formula K _x H _2-x Ti _n O _{2n + 1} , where x = 0 -2, n = 4-8, the resistance of which may change under the influence of combustible gases at room temperature; each pair of electrodes forms a sensory segment of the matrix layer of whiskers of potassium titanate, the density of which is different for different segments. 2. Способ изготовления мультисенсорного газоаналитического чипа на основе вискеров титаната калия по п.1, характеризующийся тем, что диэлектрическую подложку промывают в органическом растворителе и дистиллированной воде, сушат под вакуумом при температуре 60-100°C, наносят на поверхность подложки набор компланарных полосковых электродов из благородного металла толщиной 0,1-1 мкм и шириной 50-200 мкм с зазором между электродами 10-100 мкм методом катодного и/или магнетронного напыления, поверх электродов наносят суспензию из диспергированного в дистиллированной воде порошка вискеров титаната калия концентрацией 0,01-5 мас.% и сушат полученную структуру при комнатной температуре в течение 24 ч.2. A method of manufacturing a multisensory gas analyzing chip based on potassium titanate whiskers according to claim 1, characterized in that the dielectric substrate is washed in an organic solvent and distilled water, dried under vacuum at a temperature of 60-100 ° C, and a set of coplanar strip electrodes is applied to the surface of the substrate from a noble metal with a thickness of 0.1-1 μm and a width of 50-200 μm with a gap between the electrodes of 10-100 μm by the method of cathode and / or magnetron sputtering, a suspension of the dispersed in istillirovannoy water whiskers of potassium titanate powder concentration of 0.01-5 wt.%, and the resultant structure was dried at room temperature for 24 hours. 3. Способ по п.2, характеризующийся тем, что в качестве диэлектрической подложки используют керамику, стекло, сапфир, кварц, Si₃N₂, полимер.3. The method according to claim 2, characterized in that ceramics, glass, sapphire, quartz, Si ₃ N ₂ , polymer are used as a dielectric substrate. 4. Способ по п.2, характеризующийся тем, что в качестве органического растворителя используют низкомолекулярные спирты, кетоны, альдегиды, эфиры и/или их смеси.4. The method according to claim 2, characterized in that low molecular weight alcohols, ketones, aldehydes, esters and / or mixtures thereof are used as an organic solvent. 5. Способ по п.2, характеризующийся тем, что число компланарных полосковых электродов благородного металла составляет не менее четырех.5. The method according to claim 2, characterized in that the number of coplanar strip electrodes of the noble metal is at least four. - 5 031827- 5 031827